微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳顯微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、中低碳鉻鐵是生產(chǎn)不銹鋼和鉻系合金鋼不可缺少的原料，由于生產(chǎn)過(guò)程中排出的脫碳精煉鉻渣是一種有害的固體廢棄物，使得高碳鉻鐵液相脫碳受到環(huán)境的限制。微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉可以實(shí)現(xiàn)高碳鉻鐵粉快速固相脫碳，獲得一種含CaO的中低碳鉻鐵粉。該方法可避免有害鉻渣的排放，是一種簡(jiǎn)捷的高碳鉻鐵固相脫碳方法。因此，對(duì)這種新型的冶金物料進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)和物相組成研究具有重要意義。
　　 本文通過(guò)碳含量分析、金相分析、電子探針顯微和成分分析、XRD物

2、相分析等方法，研究了高碳鉻鐵及其微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳物料的顯微結(jié)構(gòu)和物相組成，探討了微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳的規(guī)律，同時(shí)分析了脫碳物料的氧化程度及氧化物相，得出了微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳的工藝參數(shù)。研究的主要結(jié)論如下:
　　 (1)高碳鉻鐵金相組織主要由初生相(Cr, Fe)7C3、包晶相(Cr, Fe)23C6、鉻鐵素體相(CrFe)以及少量的石墨相組成;初生相(Cr, Fe)7C3以粗

3、大的六方柱狀自形、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)為主;包晶相(Cr, Fe)23C6以包裹、熔蝕(Cr, Fe)7C3的包晶結(jié)構(gòu)(Cr, Fe)23C6-(Cr, Fe)7C3為主;共晶相(Cr, Fe)23C6-CrFe以細(xì)粒蠕蟲(chóng)狀、桃仁狀交織結(jié)構(gòu)為主;石墨相以細(xì)片狀充填結(jié)構(gòu)為主。
　　 (2)高碳鉻鐵金相組織中初生相(Cr, Fe)7C3占75％，晶粒粗大，晶形完整，碳固相遷移需要較大的能量;包晶相(Cr, Fe)23C6占1.5％，晶粒

4、較小，且不完整，呈胡須包裹狀、熔蝕狀分布在初生相(Cr, Fe)7C3周?chē)?，碳固相遷移需要的能量較小;共晶相(Cr, Fe)23C6-CrFe占23％，分布在初生相(Cr, Fe)7C3周?chē)?，晶粒?xì)小，晶界復(fù)雜，碳的固相遷移相對(duì)容易;石墨相占0.5％，呈細(xì)片狀充填在(Cr, Fe)23C6-CrFe共晶相的裂隙中，有利于碳的固相遷移。
　　 (3)初生相(Cr, Fe)7C3中鐵、硅含量低，鉻、碳含量高，碳活度低不易碳的固相遷移

5、和擴(kuò)散;包晶相(Cr, Fe)23C6中鐵、硅含量高，鉻、碳含量低，碳活度高有利于碳的固相遷移和擴(kuò)散;共晶相(Cr, Fe)23C6-CrFe中鐵、硅含量最高，鉻、碳含量最低，硅含量高增加了碳的活度，碳的固相遷移擴(kuò)散最容易;石墨相的出現(xiàn)有利于碳的擴(kuò)散遷移。
　　 (4)液態(tài)高碳鉻鐵的冷卻速度對(duì)高碳鉻鐵的組織結(jié)構(gòu)影響很大。鑄塊內(nèi)部由于冷卻速度相對(duì)較慢，金相組織主要由初生相(Cr, Fe)7C3和包晶相(Cr, Fe)23C6組成，

6、晶粒粗大，碳固相遷移需要較大的能量;鑄塊邊緣區(qū)域由于冷卻速度較快，金相組織主要由初生相(Cr, Fe)7C3、包晶相(Cr, Fe)23C6、共晶相(Cr, Fe)23C6-CrFe組成，晶粒相對(duì)細(xì)小，碳的固相遷移相對(duì)容易。冷卻速度改變了液態(tài)高碳鉻鐵熱力學(xué)平衡態(tài)結(jié)晶順序，使結(jié)晶物相發(fā)生了變化，即由初生相/包晶相混晶區(qū)(Cr, Fe)7C3/(Cr, Fe)23C6-(Cr, Fe)7C3平衡態(tài)結(jié)晶順序轉(zhuǎn)變到初生相/包晶相/共晶相混晶區(qū)(

7、Cr, Fe)7C3/(Cr, Fe)23C6/(Cr, Fe)23C6-CrFe非平衡態(tài)結(jié)晶順序，在高碳鉻鐵鑄塊的邊緣區(qū)域出現(xiàn)了低碳(Cr, Fe)23C6-CrFe共晶相，冷卻速度造成的相選擇為高碳鉻鐵粉固相脫碳奠定了有利的相結(jié)構(gòu)條件。
　　 (5)微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高碳鉻鐵粉的深度脫碳，得到一種含有CaO的中低碳鉻鐵粉。微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳后脫碳物料的物相主要由富金屬碳化物相、鉻

8、鐵素體相、氧化鈣以及少量的鉻鐵氧化物相組成。
　　 (6)當(dāng)微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉為900℃時(shí)，碳酸鈣粉顆粒開(kāi)始分解為CaO和CO2，CO2首先與高碳鉻鐵粉顆粒邊界處的(Cr, Fe)7C3發(fā)生反應(yīng)，高碳鉻鐵粉顆粒內(nèi)部的(Cr, Fe)7C3基本沒(méi)有發(fā)生反應(yīng);當(dāng)微波加熱溫度為1000℃時(shí)，高碳鉻鐵粉顆粒邊界處的(Cr, Fe)23C6和CrFe向顆粒內(nèi)擴(kuò)展形核長(zhǎng)大，部分粗大的(Cr, Fe)7C3晶粒分解為細(xì)小的碎晶殘留在

9、(Cr, Fe)23C6和CrFe新生相中;當(dāng)微波加熱溫度為1100℃時(shí)，粗大的六方柱狀(Cr, Fe)7C3幾乎全部轉(zhuǎn)化成細(xì)小的粒狀(Cr, Fe)23C6和CrFe;當(dāng)微波加熱溫度為1200℃時(shí)，氧化程度嚴(yán)重，大量的CrFe被氧化，主要的氧化物相有鉻鐵氧化物相(Cr, Fe)2O3和鉻鈣氧化物相CaCr2O4、CaCr2O7。
　　 (7)高碳鉻鐵粉中的碳含量隨微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉溫度的提高而快速降低，在900℃、1